CN101498820B - 低功耗10g sfp+ lr光模块的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，所述光模块包括供电单元、光发射单元、光接收单元、数字诊断单元、20PIN电接口，供电单元分别与光发射单元、光接收单元、数字诊断单元、20PIN电接口电性连接，光接收单元接入20PIN电接口，数字诊断单元分别与光接收单元、光发射单元、20PIN电接口连接，光发射单元也接入20PIN电接口。本发明光模块具有高速光电转换功能，体积小、功耗低、性能稳定，采用高效率低功耗的激光发射光学组件及激光驱动器，将传统的限幅放大电路集成在光接收组件内部，简化了电路设计，大大提高了模块性能稳定性，降低了模块功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于高速光传输网络中的小封装可热插拔光收发模块的设计方法，属于光通信技术领域。
背景技术
随着通信网络融合趋势发展，光纤通信技术以其大容量、高速率的优势得到广泛的应用和普及，尤其是近年来宽带业务的急巨增大，对光网络系统设备的容量和密集度提出了更高的要求，也促使光模块向小型化、低功耗方面发展，为了适应集成度更高，维护更简单的需求，在业界提出了一种新的光模块标准，该光模块的速度可达10G，功耗小于1W，适应带LC接口的小封装可热插拔(Enhanced 8.5 and 10 Gigabit Small Form FactorPluggable Module，简称“SFP+”)模块。由于SFP+模块具有小型化、集成化及使用中可热插拔、更换灵活的特点，使得成为下一代业界主流器件，国外已经研发成功该模块的厂家也只有几家，在国内还未有成熟的产品。
SFP+模块可用于各种典型产品，如高速器件、服务器、路由测试及异步传输模式(简称“ATM”)，光纤和千兆以太网的测试、无限带宽网路，SFP+模块还允许对操作参数进行实时访问，易于连接使用。
传统的SFP光模块其光接收单元包括激光接收光学组件和限幅放大处理电路，增加了电路复杂性，增加了成本，尤其增加了光模块的功耗，使其很难满足功耗小于1W的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种满足SFP+协议标准、集成度高、电路结构简单、体积小、功耗低的单模10G SFP+LR光模块。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，所述光模块包括供电单元、光发射单元、光接收单元、数字诊断单元、20PIN电接口，特点是：所述供电单元分别与光发射单元、光接收单元、数字诊断单元、20PIN电接口电性连接，光接收单元接入20PIN电接口，数字诊断单元分别与光接收单元、光发射单元、20PIN电接口连接，光发射单元也接入20PIN电接口。
进一步地，上述的低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，所述光接收单元包括激光接收光学组件，将接收到的光信号经过放大处理转换成电信号输出；
所述光发射单元包括激光发射光学组件、数模转换器和激光驱动器，激光驱动器将电信号经驱动放大处理送至激光发射光学组件，激光发射光学组件将电信号转换成光信号输出；
所述供电单元包括电源启动控制电路，进行电源软启动；
所述数字诊断单元包括外部存储器模块和微控制处理器，微控制处理器包含I/O口输入输出模块、AD转换模块、通讯模块及数据处理模块，微控制处理器进行发射信号和接收信号，外部存储器模块进行数据存储；
所述20PIN电接口，提供电源及与外部系统进行通讯的接口。
再进一步地，上述的低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，所述激光接收光学组件内部集成有光电探测器、跨阻放大器和限幅放大器。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明低功耗的10G SFP+LR光模块具有高速光电转换的功能，体积小、功耗低、性能稳定，采用高效率低功耗的激光发射光学组件及激光驱动器，将传统的限幅放大电路集成在光接收组件内部，简化了电路设计，提高了模块性能稳定性，同时降低了模块功耗。堪称是集新颖性、创造性、实用性的于一体的新设计，适于大规模量产，产生了良好的社会效益和经济效益，应用前景十分广阔。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明10G SFP+LR模块的功能框图；
图2：本发明10G SFP+LR模块的结构框图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 光接收单元 | 101 | 激光接收光学组件 | 2 | 光发射单元 |
| 201 | 激光发射光学组件 | 202 | 数模转换器 | 203 | 激光驱动器 |
| 3 | 供电单元 | 301 | 电源启动控制电路 | 4 | 数字诊断单元 |
| 401 | 外部存储器模块 | 402 | I/O口输入输出模块 | 403 | AD转换模块 |
| 404 | 通讯模块 | 405 | 数据处理模块 | 5 | 20PIN电接口 |
| 501 | 20PIN电端口 |
具体实施方式
如图1所示，低功耗的10G SFP+LR光模块，包括供电单元3、光发射单元2、光接收单元1、数字诊断单元4、20PIN电接口5，供电单元3分别与光发射单元2、光接收单元1、数字诊断单元4、20PIN电接口5电性连接，光接收单元1接入20PIN电接口5，数字诊断单元4分别与光接收单元1、光发射单元2、20PIN电接口5连接，光发射单元2也接入20PIN电接口5。
如图2，光接收单元1包括激光接收光学组件101，内部集成有光电探测器、跨阻放大器和限幅放大器，用于将接收到的光信号经过光电探测器，将其转换为电信号然后经过限幅放大处理输出。
光发射单元2包括激光发射光学组件201、数模转换器202和激光驱动器203，激光驱动器203用于驱动激光二极管发光，数模转换器202和微控制处理器相连，用于产生偏置电流信号和调制电流信号，其输出电压信号送至激光驱动器转换成相应的偏置电流和调制电流信号送给激光发射光组件201；激光发射光学组件201包括激光二极管LD和监视光电二极管PD，激光二极管LD用于产生激光，监视光电二极管PD用于监视激光二极管LD的发光强度；激光驱动器203将传输至模块的电信号经驱动放大处理送至激光发射光学组件201，激光发射光学组件201将电信号转换成所需的光信号输出；激光驱动器203的功耗在同类产品中堪称为最低，在提供相同激光器偏置电流和偏置电流的情况下，在同类产品中功耗为最低，与业界所使用的同类激光驱动器的功耗对比如表1所示。总之，光电转换模块的功耗远小于SFP+多源协议标准的要求，功耗为0.6W。
表1
供电单元3包括电源启动控制电路301，由场效应管及外围电路组成，其场效应管的栅极通过电阻元件与微控制处理器的I/O口相连，通过微控制处理器来控制光模块的电源开启时间。
数字诊断单元4包括外部存储器模块401和微控制处理器，微控制处理器包含I/O口输入输出模块402、AD转换模块403、通讯模块404及数据处理模块405，外部存储器模块401用于存储用户信息和模块信息，微控制处理器用于对光模块发射信号和接收信号，供电电压和工作温度进行数据采集和处理，送至远程计算机和监控系统；AD转换模块403用于进行温度检测；I/O口输入输出模块402为联系处理器和外围器件的桥梁，用于将微型处理器处理的数据与外部器件进行交换，通讯模块404用于与外部系统进行通讯；数据处理模块405用于通过对信号进行数据处理对光发射电路进行控制。
20PIN电接口5，提供电源及与外部系统进行通讯的接口。
10G SFP+LR光模块符合业界新推出的“SFP+”的光模块通讯标准，即电接口兼容“SFF-8031”标准，光接口兼容“IEEE-802.3ae”标准，数字诊断功能满足“SFF-8072”标准，为一款单模传输10公里的光电转换模块；体积完全满足业界新出的SFP+光电转换模块的SFF-8431协议标准，体积仅为56.4mm×13.7mm×8.5mm。
具体应用时，外部电调制信号由20PIN电端口501进入光模块，送至激光驱动器203，经过激光驱动器驱动处理后送至激光发射光学组件201，数模转换器202提供电压信号给激光驱动器203以产生相应的偏置电流和调制电流，使激光发射光学组件201发光并监控其发光强度和工作状态，激光发射光学组件201产生的光信号将通过光纤送至光网络。另一方面，外部光网络的光信号通过光纤传输至激光接收光学组件101，经过光电转换，放大处理，电信号直接由光模块20PIN电端口501送至外部系统。将限幅放大器及外围电路集成在激光接收光学组件101内，而并未增加额外的功耗。微控制处理器通过其I/O端口输入输出模块402对光模块发射信号和接收信号，供电电压和工作温度进行数据采集；AD转换模块403对模块信号进行数据转换，对供电压和工作温度进行检测；通讯模块404实现与远程计算机和监控系统数据交互；数据处理模块405对采集的信号进行数据处理，以对模块进行控制和与远程计算机进行数据通讯；外部储存器模块401用于数据存储，该数字诊断单元主要为光模块提供了数字诊断功能，使其符合SFF-8472协议标准。
将本发明低功耗光模块与传统的光模块在相同的测试环境下测试，本发明低功耗光模块的性能指标明显优于传统的光模块，实测数据如表2所示。
表2
综上所述，本发明低功耗的10G SFP+LR光模块具有高速光电转换的功能，体积小、功耗低、性能稳定，采用高效率低功耗的激光发射光学组件及激光驱动器，将传统的限幅放大电路集成在光接收组件内部，简化了电路设计，提高了模块性能稳定性，同时降低了模块功耗。堪称是集新颖性、创造性、实用性的于一体的新设计，适于大规模量产，产生了良好的社会效益和经济效益。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，所述光模块包括供电单元(3)、光发射单元(2)、光接收单元(1)、数字诊断单元(4)、20PIN电接口(5)，其特征在于：所述供电单元(3)分别与光发射单元(2)、光接收单元(1)、数字诊断单元(4)、20PIN电接口(5)电性连接，光接收单元(1)接入20PIN电接口(5)，数字诊断单元(4)分别与光接收单元(1)、光发射单元(2)、20PIN电接口(5)连接，光发射单元(2)也接入20PIN电接口(5)；
所述光接收单元(1)包括激光接收光学组件(101)，将接收到的光信号经过放大处理转换成电信号输出；
所述光发射单元(2)包括激光发射光学组件(201)、数模转换器(202)和激光驱动器(203)，激光驱动器(203)将电信号经驱动放大处理送至激光发射光学组件(201)，激光发射光学组件(201)将电信号转换成光信号输出；
所述供电单元(3)包括电源启动控制电路(301)，进行电源软启动；
所述数字诊断单元(4)包括外部存储器模块(401)和微控制处理器，微控制处理器包含I/O口输入输出模块(402)、AD转换模块(403)、通讯模块(404)及数据处理模块(405)，微控制处理器进行发射信号和接收信号，外部存储器模块(401)进行数据存储；
所述20PIN电接口(5)，提供电源及与外部系统进行通讯的接口。
2.根据权利要求1所述的低功耗10G SFP+LR光模块的设计方法，其特征在于：所述激光接收光学组件(101)内部集成有光电探测器、跨阻放大器和限幅放大器。
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